智能交通燈控制系統(tǒng)

智能交通燈控制系統(tǒng)—畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)方案電路設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試

設(shè)計(jì)任務(wù)1.智能交通燈采用一片AT89C51單片機(jī)和紅綠燈及數(shù)碼顯示。交通燈循環(huán)點(diǎn)亮的基本功能上,再加裝模塊以根據(jù)車流量合理化地控制交通燈延遲讓行，且能夠完成急救車的處理。

2,技術(shù)要求：（1）選擇適當(dāng)電源模塊為系統(tǒng)供電。（2）完成交通燈基本點(diǎn)亮設(shè)計(jì)。（3）具有數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)模擬功能。（4）設(shè)計(jì)一個(gè)可根據(jù)車流量改變基本交通燈的系統(tǒng)模塊。設(shè)計(jì)方案主控制器選擇電源提供方案顯示界面選擇車流控制交通燈方案整體方案模塊主控模塊電源模塊交通燈模塊顯示模塊紅外模塊急救車輸入模塊電路設(shè)計(jì)—主控制器

單片機(jī)AT89c51：

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。

AT89C51有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向I/O端口，2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口?？梢园凑粘Ｒ?guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。電路設(shè)計(jì)—電源模塊

本設(shè)計(jì)所需電源為+5V的工作電壓，在這種小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。這里選用三端穩(wěn)壓芯片L7805CV，將220V交流電變壓為7V-8V的交流低壓，經(jīng)過整流濾波后的電壓穩(wěn)壓成+5V直流電源，供給電路所用。電源設(shè)計(jì)電路如圖1所示。圖1交流電變壓成+5V直流電源

電路設(shè)計(jì)—紅綠燈模塊

模擬系統(tǒng)中的交通燈是由發(fā)光二極管代替。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低；工作電流很小；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長。單片機(jī)控制紅綠燈系統(tǒng)如圖2。

圖2單片機(jī)控制紅綠燈系統(tǒng)在單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上模擬十字路口“L”型八個(gè)紅綠黃燈串聯(lián)限流電阻R1～8=200歐姆后接于AT89C51的P1口，這樣再通過單片機(jī)的軟件編程實(shí)現(xiàn)，即可紅綠燈的基本轉(zhuǎn)換功能。電路設(shè)計(jì)—時(shí)鐘顯示模塊

（一）數(shù)碼管顯示原理時(shí)鐘模塊中采用四個(gè)共陽極數(shù)碼管，而控制其顯示是采用芯片74LS47譯碼來實(shí)現(xiàn)的。SM4105共陽極數(shù)碼管的某一陰極接低電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，可根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陽極數(shù)碼管為輸出低電平有效。

LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。結(jié)合單片機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示模塊使用動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)——?jiǎng)討B(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制。當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。

電路設(shè)計(jì)—時(shí)鐘顯示模塊

（二）芯片74LS47驅(qū)動(dòng)顯示

74LS47是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，是數(shù)字集成電路，用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，然后就能看到從0-9的數(shù)字。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，這里與數(shù)碼管配合使用。配合使用的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)電路如圖3。圖374LS47驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示電路占用了AT89C51的P0口的七個(gè)引腳，因?yàn)榈褂?jì)時(shí)10S，從9S至1S即可，所以不需要點(diǎn)亮筆畫“dp”。電阻用作限流，防止電流過高致使數(shù)碼管燒掉。電路設(shè)計(jì)—紅外檢測車流量模塊

為了突出交通燈是智能的，在基本功能的交通燈基礎(chǔ)上，為該設(shè)計(jì)增加了一個(gè)創(chuàng)新的功能，利用紅外檢測車流量，合理指揮交通燈放行。

紅外系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分

1.發(fā)射部分的發(fā)射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光。紅外光電管發(fā)射電路如圖4所示。圖4紅外光電管發(fā)射電路紅外發(fā)射電路中三極管9013起電源開關(guān)的作用，當(dāng)基極應(yīng)該是高電平時(shí)，三極管呈飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使串接在數(shù)碼管供電電路中的三極管C-E極導(dǎo)通。電路設(shè)計(jì)—紅外檢測車流量模塊2.接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。紅外系統(tǒng)中所用的接收電路如圖5。

圖5紅外光電管接收電路接收電路中的紅外接收管與電阻R15是為了完成光電轉(zhuǎn)換，然后送至LM339的反向輸入口，電阻R16、R17是在同向輸入的兩端降壓。LM393是雙電壓比較器，它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，一個(gè)基準(zhǔn)電壓端。其功能是比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)：當(dāng)同向輸入端“+”的電壓高于反向輸入端“-”時(shí)，電壓比較器輸出為高電平；當(dāng)“＋”輸入端電壓低于“－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平。電路設(shè)計(jì)—紅外檢測車流量模塊3.道路中設(shè)計(jì)的紅外裝置安放如圖6所示。圖3.13紅外裝置安放電路設(shè)計(jì)—急救車處理

急救車使用了P3.2/INT0（外部中斷0）中斷，正常顯示交通燈的情況下，是將中斷口接入地線，若要執(zhí)行急救車的按鍵控制時(shí)，即空出P3.2/INT0中斷引腳，此時(shí)所有交通燈顯示紅燈，為急救車讓行。中斷服務(wù)程序的關(guān)鍵是：1.保護(hù)進(jìn)入中斷時(shí)的狀態(tài)，并在退出中斷之前恢復(fù)進(jìn)入時(shí)的狀態(tài)。2.必須在中斷程序中設(shè)定是否允許中斷重入，即設(shè)置EX0位。軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑數(shù)碼管顯示程序、延時(shí)子程序﹑交通燈子程序﹑中斷處理程序。

C語言主控模塊芯片執(zhí)行任務(wù)。主程序由數(shù)碼管顯示、紅外判斷、倒計(jì)時(shí)設(shè)定、急救車判斷和紅綠燈正常顯示的子模塊構(gòu)成，中斷服務(wù)和延時(shí)子程序是總程序的基礎(chǔ)模塊。

軟件設(shè)計(jì)●程序流程是：先將程序初始設(shè)置后啟動(dòng)數(shù)碼管，判斷紅外接收狀況，紅外正常接收則數(shù)碼管按固定周期順序點(diǎn)亮并數(shù)碼管倒計(jì)10S；若紅外接收受阻，則將受阻紅外所控制道路的通行延長變換10s。過程中，若有急救車，則交通燈變化為全紅燈；若沒有急救車，則數(shù)碼管顯示、交通燈順序點(diǎn)亮及判斷正常進(jìn)行。圖7智能交通燈軟件流程圖系統(tǒng)調(diào)試

（一）測試儀器包括秒表、直尺、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機(jī)、蓄電池等。（二）測試方法數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；信號發(fā)生器與示波器用于測試紅外信號的接收與傳輸；MCS51仿真機(jī)用于測試軟件；蓄電池在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；秒表用于產(chǎn)品測試，按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求對制成的交通燈進(jìn)行產(chǎn)品測試。（三）測試模塊狀態(tài)燈顯示測試、數(shù)碼管的測試、紅外系統(tǒng)測試、急救車測試當(dāng)電路連接完畢后，將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，通電即可檢測